JP2018160581A

JP2018160581A - 放熱回路基板

Info

Publication number: JP2018160581A
Application number: JP2017057460A
Authority: JP
Inventors: 史朗石川; Shiro Ishikawa; 和彦山▲崎▼; Kazuhiko Yamasaki
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2018-10-11
Anticipated expiration: 2037-03-23
Also published as: TWI751292B; JP6414260B2; WO2018173668A1; KR102073532B1; CN110235531B; CN110235531A; EP3606298A1; EP3606298B1; US20200236774A1; TW201841746A; EP3606298A4; US10893601B2; KR20190090843A

Abstract

【課題】高い放熱性を有する放熱回路基板を提供する。【解決手段】金属基板と、前記金属基板の少なくとも一方の表面に配置された絶縁層と、前記絶縁層の前記金属基板とは反対側の表面に配置された回路層と、を備えた放熱回路基板であって、前記絶縁層は、ポリイミド、またはポリアミドイミド、もしくはこれらの混合物からなる樹脂と、比表面積が１０ｍ２／ｇ以上であるセラミック粒子と、を含み、前記セラミック粒子が凝集粒子を形成し、かつ前記セラミック粒子の含有量が５体積％以上６０体積％以下の範囲にあることを特徴とする放熱回路基板。【選択図】図１

Description

本発明は、放熱回路基板に関するものである。

金属基板の上に絶縁層を介して回路層を積層した放熱回路基板は、高発熱性の電子部品を実装する回路基板として用いられている。放熱回路基板では、電子部品にて発生した熱を、絶縁層を介して金属基板に伝導させ、金属基板にて熱を放熱する。このため、絶縁層には、耐電圧性が高く、熱抵抗が低いことが求められている。

ここで、絶縁膜の耐電圧Ｖ_Ｒは、一般に絶縁膜の膜厚をｈ、膜厚当たりの耐電圧をＶ_Ｆとすると、下記の式（１）で表される。
Ｖ_Ｒ＝Ｖ_Ｆ×ｈ・・・（１）
一方、絶縁膜の熱抵抗Ｒは、絶縁膜の膜厚をｈ、絶縁膜の熱伝導度をλとすると下記式（２）で表される。
Ｒ∝ｈ／λ ・・・（２）
式（１）と式（２）から、絶縁膜の熱抵抗Ｒは、下記の式（３）で表すことができる。
Ｒ∝ＶＲ／（λ×Ｖ_Ｆ）・・・（３）
上記の式（３）から、絶縁膜の熱抵抗Ｒは、絶縁膜の膜厚当たりの耐電圧Ｖ_Ｆ×熱伝導度λの逆数に比例することがわかる。従って、放熱回路基板の絶縁層の熱抵抗Ｒを低減させるためには、絶縁層の膜厚当たりの耐電圧Ｖ_Ｆ×熱伝導度λの値（以下、「性能値」ともいう）を大きくすることが重要となる。

放熱回路基板の絶縁層は、一般に、樹脂と熱伝導性を有する無機フィラーとを含む樹脂組成物から形成されている。樹脂としては、ポリイミドやポリアミドイミドのような耐電圧性、耐熱性、化学的耐性、機械的強度が高い樹脂が利用されている。無機フィラーは、熱伝導性を向上させるためには、粒子径が大きいことが好ましい。ただし、粒子径が大きな無機フィラーを添加すると、膜厚当たりの耐電圧（絶縁破壊電圧）が低下するという問題があることが知られている（非特許文献１）。

特許文献１には、放熱回路基板の絶縁層として、特定の構造を有するポリイミド中に熱伝導性フィラーを分散したフィラー含有ポリイミド樹脂層を用いることが開示されている。この特許文献１には、熱伝導性フィラーの例として平均粒子径が０．５〜１０μｍの範囲にある球状アルミナが記載されている。

特許文献２には、放熱回路基板の絶縁層として、熱伝導性フィラーとして、平均長径Ｄ_Ｌが０．１〜２．４μｍの板状フィラーと、前記の平均粒径Ｄ_Ｒが０．０５〜５．０μｍの球状フィラーとを含有するフィラー含有ポリイミド樹脂層を用いることが開示されている。

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｕｎｃｉｌｏｎＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ．２，Ｎｏ．１，ｐｐ．９０〜９８，２０１２

特許第５６５００８４号公報特許第５６６５８４６号公報

近年の電子機器の高性能化、小型化に伴って、電子部品の使用電力量や発熱量は増加する傾向があり、放熱回路基板の放熱性の向上が求められている。従って、放熱回路基板の絶縁層に対しては、膜厚当たりの耐電圧の向上と、熱伝導度の向上が必要とされている。しかしながら、本発明者の検討によると、特許文献１、２に記載されている絶縁層では、耐電圧性と熱伝導性の両者をバランスよく向上させることが難しく、放熱性が十分でない場合がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、高い放熱性を有する放熱回路基板を提供することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明者は絶縁層に含まれる無機フィラーの粒子サイズを指標する比表面積と粒子の凝集状態とに着目して検討した。その結果、比表面積が大きいセラミック粒子が凝集粒子を形成した状態で含む絶縁層を備えた放熱回路基板は、耐電圧性と熱伝導性の両者がバランスよく向上し、高い性能値、つまり高い放熱性を有することを見出した。

従って、本発明の放熱回路基板は、金属基板と、前記金属基板の少なくとも一方の表面に配置された絶縁層と、前記絶縁層の前記金属基板とは反対側の表面に配置された回路層と、を備えた放熱回路基板であって、前記絶縁層は、ポリイミド、またはポリアミドイミド、もしくはこれらの混合物からなる樹脂と、比表面積が１０ｍ^２／ｇ以上であるセラミック粒子と、を含み、前記セラミック粒子が凝集粒子を形成し、かつ前記セラミック粒子の含有量が５体積％以上６０体積％以下の範囲にあることを特徴としている。

上記の構成の放熱回路基板によれば、絶縁層に含まれる樹脂がポリイミド、またはポリアミドイミド、もしくはこれらの混合物からなるので、耐電圧性、耐熱性、化学的耐性、機械特性が向上する。

また、絶縁層に含まれるセラミック粒子は、比表面積が１０ｍ^２／ｇ以上で、微細であるのでセラミック粒子の耐電圧性が向上し、また大量に添加しても絶縁層の耐電圧性が低下しにくい。さらに、絶縁層に含まれる微細なセラミック粒子が凝集粒子を形成しているので、セラミック粒子の一次粒子間を熱が伝導しやすくなり、熱の伝導ネットワーク構造を作りやすいため絶縁層の熱伝導度が向上する。そして、絶縁層中のセラミック粒子の含有量が５体積％以上６０体積％以下の範囲とされているので、ポリイミドやポリアミドイミドが有する優れた耐電圧性、耐熱性、化学的耐性、機械特性を損なうことなく、熱伝導度をさらに向上させることが可能となる。
従って、上記の構成の放熱回路基板は、以上のような絶縁層を備えるので、放熱性が向上する。

本発明によれば、高い放熱性を有する放熱回路基板を提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係る放熱回路基板の断面図である。

以下、本発明の実施形態である放熱回路基板について、添付した図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る放熱回路基板の断面図である。
図１において、放熱回路基板１０は、金属基板１１、金属基板の表面（図１においては上面）に配置された絶縁層１２と、絶縁層１２の金属基板１１とは反対側の表面に配置された回路層１３とを備える。

＜金属基板１１＞
金属基板１１としては、特に制限はなく、放熱回路基板の基板として使用されている通常の基板を使用することができる。金属基板１１は、金属と非金属材料との複合材料の板を含む。非金属材料としては、例えば、セラミックスやグラファイトが挙げられる。金属基板１１の例としては、銅板、銅合金板、アルミニウム板、アルミニウム合金板、鉄板、ＡｌＳｉＣ板、グラファイトアルミコンポジット板などを挙げることができる。

＜絶縁層１２＞
絶縁層１２は、ポリイミド、またはポリアミドイミド、もしくはこれらの混合物からなる樹脂と、比表面積が１０ｍ^２／ｇ以上であるセラミック粒子とを含む。絶縁層１２中のセラミック粒子は凝集粒子を形成している。絶縁層１２中のセラミック粒子の含有量は５体積％以上６０体積％以下の範囲にある。

ポリイミドおよびポリアミドイミドは、イミド結合を持つので、優れた耐熱性や機械特性を有する。このため、本実施形態では、絶縁層１２の樹脂としてポリイミド、またはポリアミドイミド、もしくはこれらの混合物を用いる。

なお、ポリアミドイミドおよびポリイミドは、質量平均分子量が１０万以上であることが好ましく、１０万以上５０万以下の範囲にあることがより好ましい。質量平均分子量が上記の範囲内にあるポリアミドイミドまたはポリイミドを含む絶縁層１２は、耐熱性と機械特性がより向上する。

セラミック粒子は、絶縁層１２の性能値を効率的に向上させる作用がある。
ここで、セラミック粒子の比表面積が小さくなりすぎる、即ちセラミック粒子の一次粒子の粒子径が大きくなりすぎると、絶縁層１２の耐電圧性が低下するおそれがある。
このため、本実施形態では、セラミック粒子の比表面積を１０ｍ^２／ｇ以上と設定している。絶縁層１２の熱伝導性を確実に向上させるためには、セラミック粒子の比表面積は、５０ｍ^２／ｇ以上であることが好ましい。

なお、セラミック粒子の比表面積が大きくなりすぎる、即ちセラミック粒子の一次粒子の粒子径が小さくなりすぎると、セラミック粒子が過剰に大きな凝集粒子を形成しやすくなり、絶縁層１２の表面粗さＲａが大きくなるおそれがある。絶縁層１２の表面粗さＲａが過度に大きくなると、回路層１３との接触面積が狭くなって、絶縁層１２と回路層１３とが剥離しやすくなる、また回路層１３に配置された電子部品にて発生した熱を、絶縁層１２を介して金属基板１１に伝導させにくくなるなどの問題が生じるおそれがある。このため、絶縁層１２の表面粗さＲａは小さい方が好ましい。絶縁層１２の表面粗さＲａを過度に大きくしないためには、セラミック粒子の比表面積は、３００ｍ^２／ｇ以下であることが好ましい。

セラミック粒子の比表面積は、ＢＥＴ法で測定されたＢＥＴ比表面積である。絶縁層１２中のセラミック粒子の比表面積は、絶縁層１２を加熱して、樹脂成分を熱分解して除去し、残部のセラミック粒子を回収することによって測定することができる。

セラミック粒子は、ＢＥＴ比表面積と密度から下記の式を用いて算出されるＢＥＴ径が、１ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。ＢＥＴ径が上記の範囲にあるセラミック粒子を含む絶縁層１２は、耐電圧性がより向上する。
ＢＥＴ径＝６／（密度×ＢＥＴ比表面積）

セラミック粒子は凝集粒子を形成している。凝集粒子は、一次粒子が比較的弱く連結しているアグロメレートであってもよいし、一次粒子が比較的強く連結しているアグリゲートであってもよい。また、凝集粒子同士がさらに集合した粒子集合体を形成していてもよい。セラミック粒子の一次粒子が凝集粒子を形成して絶縁層１２中に分散していることによって、セラミック粒子間の相互接触によるネットワークが形成されて、セラミック粒子の一次粒子間を熱が伝導しやすくなり、絶縁層１２の熱伝導度が向上する。

セラミック粒子の凝集粒子は、一次粒子同士が点接触して連結した異方性を持つ形状であることが好ましい。この場合、セラミック粒子の一次粒子同士は、化学的に強く結合していることが好ましい。
また、凝集粒子の平均粒径は、上記のＢＥＴ径に対して、５倍以上であることが好ましく、５倍以上１００倍以下の範囲にあることが好ましい。また、凝集粒子の平均粒子径は、２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲にあることが好ましい。凝集粒子の平均粒子径が上記の範囲にあると、絶縁層１２の熱伝導度を確実に向上させることができる。
なお、凝集粒子の平均粒子径は、セラミック粒子を分散剤とともにＮＭＰ溶媒中にて超音波分散にかけ、レーザー回折式粒度分布測定装置で測定したＤｖ５０の値である。絶縁層１２中の凝集粒子（セラミック粒子）は、絶縁層１２を加熱して、樹脂成分を熱分解して除去することによって回収することができる。

絶縁層１２中のセラミック粒子の含有量は、５体積％以上６０体積％以下とされている。セラミック粒子の含有量が少なくなりすぎると、絶縁層１２の熱伝導性が十分に向上しないおそれがある。一方、セラミック粒子の含有量が多くなりすぎると、樹脂の含有量が相対的に減少して、絶縁層１２の形状を安定に維持できなくなるおそれがある。また、セラミック粒子が過剰に大きな凝集粒子を形成しやすくなり、絶縁層１２の表面粗さＲａが大きくなるおそれがある。
絶縁層１２の熱伝導性を確実に向上させるためには、セラミック粒子の含有量は１０体積％以上であることが好ましい。また、絶縁層１２の形状の安定性を確実に向上させ、表面粗さＲａを低くするためには、セラミック粒子の含有量は５０体積％以下であることが好ましい。

セラミック粒子の例としては、シリカ（二酸化ケイ素）粒子、アルミナ（酸化アルミニウム）粒子、窒化ホウ素粒子、酸化チタン粒子、アルミナドープシリカ粒子、アルミナ水和物粒子が挙げられる。セラミック粒子は、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を組合せて使用してもよい。これらのセラミック粒子の中では、アルミナ粒子は熱伝導性が高い点で好ましい。

セラミック粒子は、市販品を使用してもよい。市販品としては、ＡＥ５０、ＡＥ１３０、ＡＥ２００、ＡＥ３００、ＡＥ３８０、ＡＥ９０Ｅ（いずれも、日本アエロジル株式会社製）、Ｔ４００（ワッカー社製）、ＳＦＰ−２０Ｍ（デンカ株式会社）などのシリカ粒子、Ａｌｕ６５（日本アエロジル株式会社製）などのアルミナ粒子、ＡＰ−１７０Ｓ（Ｍａｒｕｋａ社製）などの窒化ホウ素粒子、ＡＥＲＯＸＩＤＥ（Ｒ）ＴｉＯ_２Ｐ９０（日本アエロジル株式会社製）などの酸化チタン粒子、ＭＯＸ１７０（日本アエロジル株式会社製）などのアルミナドープシリカ粒子、Ｓａｓｏｌ社製のアルミナ水和物粒子を用いることができる。

＜回路層１３＞
回路層１３としては、特に制限はなく、放熱回路基板の回路層として使用されている通常の材料から形成することができる。回路層１３の材料の例としては、銅、アルミニウムおよびこれらの金属の合金を挙げることができる。

＜放熱回路基板１０の製造方法＞
本実施形態の放熱回路基板１０は、例えば、金属基板１１の少なくとも一方の表面に絶縁層１２を形成し、次いで、絶縁層１２の金属基板１１とは反対側の表面に回路層１３を形成することによって製造することができる。

絶縁層１２は、例えば、溶媒中に、ポリイミドあるいはポリアミドイミドもしくはこれらの前駆体が溶解し、比表面積が１０ｍ^２／ｇ以上であって、凝集粒子を形成しているセラミック粒子が分散しているセラミック粒子分散樹脂溶液を調製し、次いでこのセラミック粒子分散樹脂溶液を用いて形成することができる。溶媒の例としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ジグライム、トリグライム、γ-ブチロラクトン、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）などの非プロトン性の極性溶媒およびこれらの混合液を挙げることができる。

セラミック粒子分散樹脂溶液は、溶媒中にポリイミドあるいはポリアミドイミドもしくはこれらの前駆体が溶解している樹脂溶液と、セラミック粒子とを混合し、樹脂溶液中にセラミック粒子を分散させる方法によって調製することができる。また、溶媒中にセラミック粒子が分散しているセラミック粒子分散液と、ポリイミドあるいはポリアミドイミドもしくはこれらの前駆体とを混合して、セラミック粒子分散液中にポリイミドあるいはポリアミドイミドもしくはこれらの前駆体を溶解させる方法によって調製することができる。さらに、溶媒中にポリイミドあるいはポリアミドイミドもしくはこれらの前駆体が溶解している樹脂溶液と、溶媒中にセラミック粒子が分散しているセラミック粒子分散液とを混合することによっても調製することができる。

金属基板１１の上に絶縁層１２を作製する方法としては、例えば、電着法、塗布法を用いることができる。
電着法は、セラミック粒子分散樹脂溶液に水を加えて調製した電着液を用いて、電着塗布法により、金属基板１１の上に電着生成物を生成させ、次いで、電着生成物を加熱して乾燥、硬化させることによって、絶縁層１２を作製する方法である。
また、塗布法は、セラミック粒子分散樹脂溶液を金属基板１１の上に塗布して塗布膜を形成し、次いで、塗布膜を乾燥して乾燥膜とした後、加熱して硬化させることによって、絶縁層１２を作製する方法である。

回路層１３は、例えば、絶縁層１２の表面に金属箔を配置し、得られた積層体を、その積層体の厚さ方向に加圧しながら、熱圧着処理することによって形成することができる。

以上のような構成とされた本実施形態である放熱回路基板１０によれば、絶縁層１２に含まれる樹脂がポリイミド、またはポリアミドイミド、もしくはこれらの混合物からなるので、耐電圧性、耐熱性、化学的耐性、機械特性が向上する。また、絶縁層１２に含まれるセラミック粒子は、比表面積が１０ｍ^２／ｇ以上で、微細であるのでセラミック粒子の耐電圧性が向上し、また大量に添加しても絶縁層１２の耐電圧性が低下しにくい。さらに、絶縁層１２に含まれる微細なセラミック粒子が凝集粒子を形成しているので、セラミック粒子の一次粒子間を熱が伝導しやすくなり、熱の伝導ネットワーク構造を作りやすいため絶縁層１２の熱伝導度が向上する。そして、絶縁層１２中のセラミック粒子の含有量が５体積％以上６０体積％以下の範囲とされているので、ポリイミドやポリアミドイミドが有する優れた耐電圧性、耐熱性、化学的耐性、機械特性を損なうことなく、耐電圧と熱伝導度とをさらに向上させることが可能となる。
従って、本実施形態である放熱回路基板１０は、以上のような絶縁層１２を備えるので、耐電圧性と放熱性とが向上する。

以上、この発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

以下、本発明の効果を本発明例及び比較例を用いて詳細に説明するが、本発明は下記の本発明例に限定されるものではない。

［本発明例１−１〜１−２０、比較例１−１〜１−５］
＜セラミック粒子分散樹脂溶液の調製＞
下記の表１に記載されているセラミック粒子と樹脂を用意した。なお、表１に記載されているセラミック粒子の比表面積は、ＢＥＴ法により測定したＢＥＴ比表面積である。凝集粒子の平均粒子径は、分散剤とともにＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）溶媒中にて超音波分散にかけ、レーザー回折式粒度分布測定装置で測定したＤｖ５０の値である。
用意したセラミック粒子を、ＮＭＰを６２．５ｇ、１Ｍ２Ｐ（１−メトキシ−２−プロパノール）を１０ｇ、ＡＥ（アミノエタノール）を０．２２ｇの質量で含む混合溶媒に対して１ｇ投入し、３０分間超音波処理して、セラミック粒子分散液を調製した。
また、用意した樹脂を、ＮＭＰに溶解させて樹脂溶液を調製した。
セラミック粒子分散液と樹脂溶液とを、セラミック粒子濃度が下記の表１に記載されている値となる割合で混合して、セラミック粒子分散樹脂溶液を調製した。なお、セラミック粒子濃度は、樹脂とセラミック粒子の合計体積量に対するセラミック粒子の体積含有量である。

＜電着液の調製＞
調製したセラミック粒子分散樹脂溶液を、５０００ｒｐｍの回転速度で撹拌しながら、そのセラミック粒子分散樹脂溶液に水を２１ｇ滴下して、電着液を調製した。

＜放熱回路基板の作製＞
金属基板として、厚さ０．３ｍｍで３０ｍｍ×２０ｍｍの銅板を用意した。また、回路層の材料として厚み１８μｍの銅箔（ＣＦ−Ｔ４Ｘ−ＳＶ−１８：福田金属箔粉工業（株）製）を用意した。
まず、調製した電着液に上記の銅板を浸漬させ、電着法により１００Ｖの直流電圧を印加して、銅板の表面に、加熱後の厚さが２５μｍとなるように電着生成物を生成させた。そして、電着生成物を大気雰囲気下、２５０℃で３分間加熱して、銅板表面に厚さ１０μｍの絶縁層を形成した。なお、比較例１−３、１−５で調製した電着液は、均一な絶縁層を形成できなかった。膜厚は、絶縁層を形成した銅板を樹脂埋めした後、断面を出し、レーザー顕微鏡で観察することによって測定した。

次いで、形成した絶縁層の上に、上記の銅箔を配置して、銅板、絶縁層、銅箔がこの順で積層された積層体を得た。次いで、得られた積層体を、カーボン製持具を用いて積層体の厚さ方向に５ＭＰａの圧力を付与しながら、真空中にて２５０℃で、２０分間加熱して、熱圧着処理を行って、銅基板、絶縁層、回路層（銅箔）がこの順で積層された放熱回路基板を作製した。

＜評価＞
上記の本発明例および比較例で作製した放熱回路基板について、セラミック粒子の含有量、耐電圧（絶縁層の厚さ方向の耐電圧）、熱伝導度（絶縁層の厚さ方向の熱伝導度）をそれぞれ下記の方法により測定した。また耐電圧と熱伝導度より、性能値（膜厚当たりの耐電圧Ｖ_Ｆ×熱伝導度λ）を計算した。その結果を、表２に示す。なお、耐電圧、熱伝導度および性能値の相対値は、セラミック粒子を添加しなかったこと以外は、本発明例１−１と同様にして作製した膜厚２５μｍのポリアミドイミド層を形成した放熱回路基板を用いて測定した値を１とした相対値とした。

（セラミック粒子の含有量）
放熱回路基板の銅板と回路層とを剥がし取って、絶縁層を取り出した。取り出した絶縁層を、所定サイズに切り出して試料とした。この試料を用いて、熱重量分析（ＴＧ）により、絶縁層のセラミック粒子の含有量（質量％）を測定した。そして、そのセラミック粒子の含有量の値を、下記に示すセラミック粒子、樹脂の密度を用いて体積％に換算した。

（耐電圧の測定）
放熱回路基板を５ｃｍ×５ｃｍのサイズでカットし、銅基板を直径２ｃｍ円状に加工し、不要部分は銅箔エッチング液で除去した。耐電圧は、ＪＩＳＣ２１１０に基づき、菊水電子工業株式会社のＴＯＳ５１０１を用いて絶縁油中（３Ｍ：フロリナートＦＣ−７７０）にて測定した。回路層の表面に電極板を配置した。銅基板と回路層の表面に配置した電極板を、それぞれ電源と接続し、次いで８０００Ｖまで３０秒で昇圧した。銅板と電極板との間に流れる電流値が８５００μＡになった時点の電圧を耐電圧とした。また、この耐電圧の値を絶縁層の膜厚で除算し、得られた値を膜厚当たりの耐電圧（絶対値）とした。

（熱伝導度の測定）
熱伝導度（絶縁層の厚さ方向の熱伝導度）は、ＮＥＴＺＳＣＨ−ＧｅｒａｔｅｂａｕＧｍｂＨ製のＬＦＡ４７７Ｎａｎｏｆｌａｓｈを用いて、レーザーフラッシュ法により測定した。測定には界面熱抵抗を考慮しない３層モデルを用いた。なお、銅基板および回路層の熱拡散率は１１７．２ｍｍ^２／秒とした。絶縁層の熱伝導度の計算には、シリカ粒子の密度２．２ｇ／ｃｍ^３、シリカ粒子の比熱０．７６Ｊ／ｇＫ、アルミナ粒子の密度３．８９ｇ／ｃｍ^３、アルミナ粒子の比熱０．７８Ｊ／ｇＫ、窒化ホウ素の密度２．１ｇ／ｃｍ^３、窒化ホウ素の比熱０．８Ｊ／ｇＫ、酸化チタンの密度３．９８ｇ／ｃｍ^３、酸化チタンの比熱０．６８９Ｊ／ｇＫ、アルミナ１％ドープシリカの密度２．２ｇ／ｃｍ^３、アルミナ１％ドープシリカの比熱０．７６Ｊ／ｇＫ、アルミナ水和物の密度３．０７ｇ／ｃｍ^３、アルミナ水和物の比熱１．０２、ポリイミドの密度１．４ｇ／ｃｍ^３、ポリイミドの比熱１．１３Ｊ／ｇＫ、ポリアミドイミド樹脂の密度１．４１ｇ／ｃｍ^３、ポリアミドイミド樹脂の比熱１．０９Ｊ／ｇＫを用いた。ポリアミドイミドとポリイミドの混合物の密度と比熱は組成比から計算したものを用いた。

比較例１−１の放熱回路基板は、性能値が１．１９倍と十分高くはならなかった。これは、絶縁層のセラミック粒子の比表面積が１０ｍ^２／ｇ未満で、耐電圧が低下したためであると推察される。
比較例１−２、１−４の放熱回路基板も性能値が１．１７倍、１．１６倍程度であった。これは、絶縁層の熱伝導度がフィラーを含まないポリアミドイミド層と同等であり低いためである。熱伝導度が低いのは、セラミック粒子の含有量が５体積％よりも少ないためであると推察される。
比較例１−３、１−５で調製した電着液は、絶縁層を作製できなかった。これは、セラミック粒子の含有量が６０体積％を超えているためであると推察される。

これに対して、本発明例１−１〜１−２０の放熱回路基板は、性能値が１．２９倍から高いものでは４．１３倍になっており、性能が大幅に向上していることがわかる。これは絶縁層が、フィラーを含まないポリアミドイミド層と同等の高い耐電圧を維持しつつ、熱伝導度がフィラーを含まないポリアミドイミド層と比較して顕著に向上したためである。

［本発明例２−１〜２−３１、比較例２−１〜２−１６］
（ポリアミック酸の合成）
容量３００ｍＬのセパラブルフラスコに、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、およびＮＭＰを仕込んだ。ＮＭＰ量は、得られるポリアミック酸の濃度が４０ｗｔ％になるように調整した。常温で撹拌して、４，４’−ジアミノジフェニルエーテルを完全に溶解させた後、内温が３０℃を超えないよう、所定量のテトラカルボン酸２無水物を少量ずつ添加した。その後、窒素雰囲気下で１６時間の撹拌を続け、ポリアミック酸溶液として得た。

（セラミック粒子分散樹脂溶液の調製）
下記の表３に記載されているセラミック粒子を用意した。用意したセラミック粒子を、ＮＭＰ１０ｇに対して１．０ｇ投入し、３０分間超音波処理して、セラミック粒子分散液を調製した。
次いで、ポリアミック酸溶液とセラミック粒子分散液とＮＭＰを、最終的に溶液中のポリアミック酸濃度が５質量％で、セラミック粒子濃度が下記の表４に記載されている値となるように混合した。続いて得られた混合物を、スギノマシン社製スターバーストを用い、圧力５０ＭＰａの高圧噴射処理を１０回繰り返すことにより分散処理を行って、セラミック粒子分散樹脂溶液を調製した。

＜放熱回路基板の作製＞
金属基板として、厚さ０．３ｍｍで３０ｍｍ×２０ｍｍの銅板を用意した。また、回路層の材料として厚み１８μｍの銅箔（ＣＦ−Ｔ４Ｘ−ＳＶ−１８：福田金属箔粉工業（株）製）を用意した。
まず、調製したセラミック粒子分散樹脂溶液を、上記の銅板の表面に、加熱後の厚さが２５μｍとなるように塗布して塗布膜を形成した。次いで塗布膜をホットプレート上に配置して、室温から３℃／分で６０℃まで昇温し、６０℃で１００分間、さらに１℃／分で１２０℃まで昇温し、１２０℃で１００分間加熱して、乾燥して乾燥膜とした。その後、乾燥膜を２５０℃で１分間、４００℃で１分間加熱して、銅板表面に厚さ２５μｍの絶縁層を形成した。なお、比較例２−３、２−５、２−７、２−９、２−１６で調製したセラミック粒子分散樹脂溶液は、絶縁層を作製できなかった。

次いで、形成した絶縁層の上に、上記の銅箔を配置して、銅板、絶縁層、銅箔がこの順で積層された積層体を得た。そして、得られた積層体を、カーボン製持具を用いて積層体の厚さ方向に５ＭＰａの圧力を付与しながら、真空中にて２１５℃で、２０分間加熱して、熱圧着処理を行って、銅基板、絶縁層、回路層（銅箔）がこの順で積層された放熱回路基板を作製した。

＜評価＞
上記の本発明例および比較例で作製した放熱回路基板について、セラミック粒子の含有量、膜厚当たりの耐電圧、熱伝導度（絶縁層の厚さ方向の熱伝導度）をそれぞれ上記の方法により測定し、性能値を計算した。その結果を、表４に示す。なお、耐電圧、熱伝導度および性能値の相対値は、セラミック粒子を添加しなかったこと以外は、本発明例２−１と同様にして作製した膜厚２５μｍのポリイミド層を形成した放熱回路基板を用いて測定した値を１とした相対値である。

比較例２−１、２−１１〜１５の放熱回路基板は、性能値が０．９５〜１．０９と十分高くはならなかった。これは、絶縁層のセラミック粒子の比表面積が１０ｍ^２／ｇ未満で、耐電圧が低下したためであると推察される。
比較例２−２、２−４、２−６、２−８、２−１０の放熱回路基板もまた性能値が０．９８〜１．２１と十分高くはならなかった。これは、セラミック粒子の含有量が５体積％よりも少なく、熱伝導度が十分上がらなかったためであると推察される。
比較例２−３、２−５、２−７、２−９、２−１６で調製したセラミック粒子分散樹脂溶液は、絶縁層を形成できなかった。これは、セラミック粒子の含有量が６０体積％を超えているためであると推察される。

これに対して、本発明例２−１〜２−３１の放熱回路基板は、耐電圧が、フィラーを含まないポリイミド膜と比較してわずかに低下しているものもあったが、熱伝導度がフィラーを含まないポリイミド膜と比較して顕著に向上しており、その結果、性能値が１．３倍以上と大きくなっている。

１０放熱回路基板
１１金属基板
１２絶縁層
１３回路層

従って、本発明の放熱回路基板は、金属基板と、前記金属基板の少なくとも一方の表面に配置された絶縁層と、前記絶縁層の前記金属基板とは反対側の表面に配置された回路層と、を備えた放熱回路基板であって、前記絶縁層は、ポリイミド、またはポリアミドイミド、もしくはこれらの混合物からなる樹脂と、比表面積が５０ｍ ^２／ｇ以上かつ３００ｍ ^２／ｇ以下であるセラミック粒子と、を含み、前記セラミック粒子が凝集粒子を形成し、かつ前記セラミック粒子の含有量が５体積％以上６０体積％以下の範囲にあって、前記樹脂の質量平均分子量は１０万以上５０万以下の範囲にあり、前記セラミック粒子のＢＥＴ径は１ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲にあり、前記凝集粒子の平均粒径は、前記ＢＥＴ径に対して、５倍以上１００倍以下の範囲にあり、前記凝集粒子の平均粒子径は、前記セラミック粒子を分散剤とともにＮＭＰ溶媒中にて超音波分散にかけ、レーザー回折式粒度分布測定装置で測定したＤｖ５０値であることを特徴としている。

また、絶縁層に含まれるセラミック粒子は、比表面積が５０ｍ^２／ｇ以上で、微細であるのでセラミック粒子の耐電圧性が向上し、また大量に添加しても絶縁層の耐電圧性が低下しにくい。さらに、絶縁層に含まれる微細なセラミック粒子が凝集粒子を形成しているので、セラミック粒子の一次粒子間を熱が伝導しやすくなり、熱の伝導ネットワーク構造を作りやすいため絶縁層の熱伝導度が向上する。そして、絶縁層中のセラミック粒子の含有量が５体積％以上６０体積％以下の範囲とされているので、ポリイミドやポリアミドイミドが有する優れた耐電圧性、耐熱性、化学的耐性、機械特性を損なうことなく、熱伝導度をさらに向上させることが可能となる。
従って、上記の構成の放熱回路基板は、以上のような絶縁層を備えるので、放熱性が向上する。

＜絶縁層１２＞
絶縁層１２は、ポリイミド、またはポリアミドイミド、もしくはこれらの混合物からなる樹脂と、比表面積が５０ｍ^２／ｇ以上であるセラミック粒子とを含む。絶縁層１２中のセラミック粒子は凝集粒子を形成している。絶縁層１２中のセラミック粒子の含有量は５体積％以上６０体積％以下の範囲にある。

セラミック粒子は、絶縁層１２の性能値を効率的に向上させる作用がある。
ここで、セラミック粒子の比表面積が小さくなりすぎる、即ちセラミック粒子の一次粒子の粒子径が大きくなりすぎると、絶縁層１２の耐電圧性が低下するおそれがある。
このため、本実施形態では、セラミック粒子の比表面積を５０ｍ^２／ｇ以上と設定している。

絶縁層１２は、例えば、溶媒中に、ポリイミドあるいはポリアミドイミドもしくはこれらの前駆体が溶解し、比表面積が５０ｍ^２／ｇ以上であって、凝集粒子を形成しているセラミック粒子が分散しているセラミック粒子分散樹脂溶液を調製し、次いでこのセラミック粒子分散樹脂溶液を用いて形成することができる。溶媒の例としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ジグライム、トリグライム、γ-ブチロラクトン、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）などの非プロトン性の極性溶媒およびこれらの混合液を挙げることができる。

以上のような構成とされた本実施形態である放熱回路基板１０によれば、絶縁層１２に含まれる樹脂がポリイミド、またはポリアミドイミド、もしくはこれらの混合物からなるので、耐電圧性、耐熱性、化学的耐性、機械特性が向上する。また、絶縁層１２に含まれるセラミック粒子は、比表面積が５０ｍ^２／ｇ以上で、微細であるのでセラミック粒子の耐電圧性が向上し、また大量に添加しても絶縁層１２の耐電圧性が低下しにくい。さらに、絶縁層１２に含まれる微細なセラミック粒子が凝集粒子を形成しているので、セラミック粒子の一次粒子間を熱が伝導しやすくなり、熱の伝導ネットワーク構造を作りやすいため絶縁層１２の熱伝導度が向上する。そして、絶縁層１２中のセラミック粒子の含有量が５体積％以上６０体積％以下の範囲とされているので、ポリイミドやポリアミドイミドが有する優れた耐電圧性、耐熱性、化学的耐性、機械特性を損なうことなく、耐電圧と熱伝導度とをさらに向上させることが可能となる。
従って、本実施形態である放熱回路基板１０は、以上のような絶縁層１２を備えるので、耐電圧性と放熱性とが向上する。

Claims

金属基板と、前記金属基板の少なくとも一方の表面に配置された絶縁層と、前記絶縁層の前記金属基板とは反対側の表面に配置された回路層と、を備えた放熱回路基板であって、
前記絶縁層は、ポリイミド、またはポリアミドイミド、もしくはこれらの混合物からなる樹脂と、比表面積が１０ｍ^２／ｇ以上であるセラミック粒子と、を含み、前記セラミック粒子が凝集粒子を形成し、かつ前記セラミック粒子の含有量が５体積％以上６０体積％以下の範囲にあることを特徴とする放熱回路基板。